華北地區(qū)農(nóng)業(yè)水資源現(xiàn)狀和未來(lái)保障研究

一、水資源短缺條件下華北地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的成就與面臨的主要問(wèn)題（一）水資源短缺條件下華北地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展成就從全國(guó)范圍來(lái)看，華北地區(qū)具有政治、科技、文化、經(jīng)濟(jì)、區(qū)位優(yōu)勢(shì)，它的興衰對(duì)我國(guó)政治穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要影響。本研究課題所涉及的華北地區(qū)（包括京、津、冀、魯、豫五省市）人口占全國(guó)的24%，耕地占全國(guó)的17.9%，光熱充足、土地肥沃，是我國(guó)重要的農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和商品糧基地。華北地區(qū)農(nóng)牧業(yè)年產(chǎn)值占全國(guó)近25%，種養(yǎng)業(yè)是農(nóng)業(yè)的主體，其中種植業(yè)產(chǎn)值占58%，牧業(yè)產(chǎn)值占32%。2014年糧食產(chǎn)量為1.397×108

t，占全國(guó)的23%；作物產(chǎn)量構(gòu)成中糧食占60%，其次為水果、蔬菜占34%。在糧食作物中，小麥、玉米是華北平原糧食生產(chǎn)的主體，小麥產(chǎn)量占糧食總產(chǎn)量的51%，其次為玉米占40%。華北地區(qū)在我國(guó)小麥生產(chǎn)中占主導(dǎo)地位，2014年小麥播種面積和產(chǎn)量分別占全國(guó)的48.3%和56.2%，小麥單產(chǎn)為406.8kg/畝（1畝≈666.667m2），明顯高于全國(guó)349.6kg/畝的平均水平。因此，華北地區(qū)食物生產(chǎn)在國(guó)家食物安全中占有十分重要的地位。但還要認(rèn)識(shí)到，華北平原農(nóng)業(yè)的成就是在水資源嚴(yán)重短缺條件下取得的，該區(qū)域水資源量?jī)H占全國(guó)水資源總量的6%，人均水資源、水土資源配置比例均大大低于全國(guó)平均水平，如海河流域人均水資源占有量只有250

m3

，不足全國(guó)平均水平的1/8。由于該地區(qū)氣候干旱導(dǎo)致的水資源量減少和工業(yè)城市發(fā)展對(duì)水資源需求量的增加，華北農(nóng)業(yè)用水總量從1998年的5.603×1010

m3下降到2015年的4.234×1010

m3

，減幅達(dá)24.4%；農(nóng)業(yè)用水量占該區(qū)域總用水量的比例從1998年的72.2%下降到2015年的61.7%。雖然農(nóng)業(yè)用水總量逐年減少，但隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件改善，作物產(chǎn)量不斷提高，如小麥、玉米主產(chǎn)省份河北、河南、山東近30年糧食總產(chǎn)增加了5.85×107

t，糧食單產(chǎn)的大幅增加是糧食總產(chǎn)增加的主導(dǎo)因素。糧食單產(chǎn)中小麥單產(chǎn)增加了200.9kg/畝，增幅達(dá)120%；玉米單產(chǎn)增加了179kg/畝，增幅達(dá)90%。而隨著糧食單產(chǎn)增加，作物耗水量并沒有明顯增加，得益于農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步和農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施條件的大幅改善，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)總用水量降低條件下農(nóng)業(yè)產(chǎn)出的不斷增加。華北平原農(nóng)業(yè)在水資源短缺條件下，為國(guó)家和區(qū)域食物安全及農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)，但也帶來(lái)了諸多生態(tài)環(huán)境負(fù)效應(yīng)，特別是多年地下水超采形成的大幅度下降漏斗問(wèn)題，威脅著該區(qū)域灌溉農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。為了治理該區(qū)域地下水超采問(wèn)題，近幾年華北平原在發(fā)展節(jié)水型農(nóng)業(yè)中，認(rèn)真落實(shí)習(xí)近平總書記在新時(shí)期的治水思路，堅(jiān)持“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”，實(shí)施“以水定地、以水定產(chǎn)、以水定發(fā)展”，取得了顯著成績(jī)。特別是2014年以來(lái)中央財(cái)政啟動(dòng)了地下水嚴(yán)重超采區(qū)“節(jié)水限采”試點(diǎn)行動(dòng)，以“節(jié)、引、蓄、調(diào)、管”五大工程為治理思路，即大力發(fā)展以節(jié)水灌溉為主的節(jié)水型社會(huì)，合理引用外調(diào)水，著力調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，因地制宜、因水制宜，禁限采管理、水位水量雙管控和完善法規(guī)體系，形成從水源到田間、從工程到農(nóng)藝、從建設(shè)到運(yùn)行的綜合治理體系。上述措施的實(shí)施，取得了一些初步成效，廣大農(nóng)民群眾的節(jié)水意識(shí)明顯增強(qiáng)，水是稀缺性資源、水資源有償使用的理念逐步形成。試點(diǎn)區(qū)地下水超采得到一定遏制，在地下水超采綜合治理方面積累了一些經(jīng)驗(yàn)。未來(lái)，隨著京津冀一體化和城鎮(zhèn)化發(fā)展，華北平原農(nóng)業(yè)用水會(huì)進(jìn)一步向工業(yè)城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移，水資源短缺將是制約華北農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素，協(xié)調(diào)作物生產(chǎn)–水資源–生態(tài)環(huán)境的關(guān)系，發(fā)展水資源短缺條件下的適水農(nóng)業(yè)已成為一個(gè)亟需解決的重大課題。

（二）華北平原水資源短缺條件下農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的主要問(wèn)題目前，華北平原水資源短缺條件下農(nóng)業(yè)發(fā)展主要面臨以下問(wèn)題。（1）農(nóng)業(yè)沒有適水發(fā)展，農(nóng)業(yè)規(guī)模嚴(yán)重超過(guò)了水資源承載能力，導(dǎo)致了大范圍地下水位降落漏斗等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。華北平原灌溉節(jié)水技術(shù)已研究推廣30多年，并沒有改變地下水資源繼續(xù)惡化的現(xiàn)狀，節(jié)水技術(shù)效應(yīng)明顯低于用水強(qiáng)度增加效應(yīng)，甚至出現(xiàn)了“越節(jié)水越缺水”的怪象，作物種植結(jié)構(gòu)逐步單一化，蔬菜、小麥、果樹等需灌溉水較多的作物種植比例持續(xù)增加，該區(qū)農(nóng)業(yè)沒有“適水”發(fā)展是主要原因。（2）農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)不合理，高耗水的蔬菜水果種植面積發(fā)展較快，單位面積耗水強(qiáng)度逐年增大，高水、高肥、高產(chǎn)的生產(chǎn)模式導(dǎo)致了低品質(zhì)、低價(jià)格和低效益，不僅浪費(fèi)水肥資源，而且造成環(huán)境污染和產(chǎn)能浪費(fèi)。華北平原糧食種植比例由1981年的78.9%下降到2014年的66.3%，而高耗水的蔬菜和果樹種植比例分別增加11.1%和4.1%。目前華北平原蔬菜生產(chǎn)量占全國(guó)的37%、水果占29%，蔬菜成為僅次于糧食作物的灌溉耗水大戶。蔬菜灌溉用水量多，不僅體現(xiàn)在蔬菜茬口多，也體現(xiàn)在由于灌溉技術(shù)和灌溉制度不合理引起的根層水分滲漏多、養(yǎng)分淋失量大，從而帶來(lái)一系列環(huán)境問(wèn)題。（3）農(nóng)業(yè)節(jié)水補(bǔ)償機(jī)制未形成，農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)應(yīng)用推廣驅(qū)動(dòng)力不足，農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)服務(wù)體系不健全，節(jié)水工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，影響了節(jié)水工程效益的發(fā)揮。農(nóng)業(yè)節(jié)水的受益人是全社會(huì)，而農(nóng)業(yè)節(jié)水直接影響的主體是農(nóng)民。由于灌溉水價(jià)低大田作物節(jié)水僅使農(nóng)民減少少量的水費(fèi)成本，經(jīng)濟(jì)效益非常有限，大部分效益是全社會(huì)受益的生態(tài)效益，而農(nóng)民采用先進(jìn)的節(jié)水技術(shù)需要大量投入和增加生產(chǎn)成本，所以農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)應(yīng)用推廣缺乏驅(qū)動(dòng)力，在實(shí)際生產(chǎn)中沒有體現(xiàn)出多節(jié)水多補(bǔ)償，缺乏長(zhǎng)期有效的節(jié)水激勵(lì)和補(bǔ)償機(jī)制，影響了農(nóng)民節(jié)水的積極性和對(duì)節(jié)水技術(shù)使用的主動(dòng)性。（4）農(nóng)業(yè)用水監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)未形成，缺乏對(duì)區(qū)域農(nóng)業(yè)用水的有效監(jiān)控，特別是缺乏對(duì)嚴(yán)重超采區(qū)地下水的監(jiān)控，影響了對(duì)區(qū)域農(nóng)業(yè)用水總量和單位面積耗水強(qiáng)度的有效控制。農(nóng)業(yè)用水準(zhǔn)確計(jì)量是推動(dòng)節(jié)水技術(shù)應(yīng)用和實(shí)施農(nóng)業(yè)節(jié)水補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)，但華北地區(qū)目前95%以上的地表水灌區(qū)沒有安裝田間用水計(jì)量設(shè)備；關(guān)系到地下水壓采策略實(shí)施的井灌區(qū)，還未形成嚴(yán)格的取水許可制度，對(duì)地下水的開采基本上還處于無(wú)序狀態(tài)，管理難度較大。（5）不同部門的政策與措施缺乏協(xié)調(diào)，高效節(jié)水灌溉技術(shù)與農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)配套不緊密，缺乏可規(guī)?；瘧?yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)模式。目前，華北平原農(nóng)業(yè)生產(chǎn)涉及到多個(gè)方面，缺乏部門之間的密切配合，甚至出現(xiàn)了在地下水嚴(yán)重超采區(qū)同一塊農(nóng)田執(zhí)行著來(lái)自不同政府部門相互矛盾的政策措施，一方面是節(jié)水限采試點(diǎn)，以水定地、以水定產(chǎn)，農(nóng)田休耕和糧食去產(chǎn)能；另一方面又是建設(shè)高產(chǎn)糧倉(cāng)、擴(kuò)大種植面積和消耗更多水資源。（6）地下水嚴(yán)重超采區(qū)節(jié)水限采試點(diǎn)資金投入巨大，但效果有限，而且某些補(bǔ)貼政策的節(jié)水限采效果不可持續(xù)。綜上，華北地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)的最大制約因素就是水資源。本文在研究課題大目標(biāo)下，將系統(tǒng)分析1998—2015年華北水資源、農(nóng)業(yè)用水、用水效率的發(fā)展?fàn)顩r和未來(lái)發(fā)展方向，為國(guó)際化綠色化背景下華北地區(qū)食物安全可持續(xù)發(fā)展中農(nóng)業(yè)水資源的保障提供科學(xué)決策的基礎(chǔ)。二、華北地區(qū)農(nóng)業(yè)水土資源利用狀況分析（一）華北地區(qū)水資源量的變化狀況華北地區(qū)五?。ㄊ校┖腿珔^(qū)近18年來(lái)平均降水量與常年（1956—2000年系列平均值）降水量相比，都有所下降（見圖1），但總體下降的幅度不大。其中北京下降15.6%，幅度最大；天津下降5.2%，河北下降9.6%，山東提高0.3%，河南下降1.9%，整個(gè)華北地區(qū)下降3.9%。對(duì)多年降水的頻率分析表明，五省（市）以及全區(qū)的偏豐水年和平水年出現(xiàn)的頻率在近年（2011—2015年）明顯偏多。說(shuō)明近幾年全區(qū)的降水形勢(shì)屬于偏豐的狀態(tài)。這種偏豐的降水形勢(shì)能否持續(xù)下去，取決于氣候變化的程度。但目前最新的相關(guān)研究預(yù)測(cè)，華北地區(qū)在未來(lái)30年將進(jìn)入一個(gè)降水偏豐的時(shí)期。

圖1華北五?。ㄊ校┘叭珔^(qū)1998—2015年平均降水量和常年（1956—2000年系列平均值）降水量比較盡管1998—2015年的降水量下降幅度不大，但是由于經(jīng)濟(jì)快速成長(zhǎng)，城市化進(jìn)程加快，土地利用方式發(fā)生了巨大的變化，下墊面情況改變巨大，嚴(yán)重影響了降水所形成的地表水和地下水的數(shù)量。華北五?。ㄊ校┖腿珔^(qū)地表水資源形成量下降幅度巨大（見圖2），其中北京和河北分別下降54.4%和52.7%，下降一半還多。天津下降21.8%。河南下降13.8%，山東下降6.7%，全區(qū)下降16.7%。作為糧食主產(chǎn)省的河北地表水資源量下降52.7%，勢(shì)必對(duì)該省的各部門用水以及農(nóng)業(yè)用水產(chǎn)生負(fù)面影響。

圖2華北五省（市）及全區(qū)1998—2015年平均地表水資源量和常年地表水資源量比較降水形成的地下水資源量1998—2015年來(lái)呈現(xiàn)波動(dòng)下降態(tài)勢(shì)，1998—2007年，無(wú)論總量還是占比的變化都波動(dòng)較大，2008—2015年則呈現(xiàn)穩(wěn)步下降的趨勢(shì)，總量從5.89×1010

m3

下降到4.45×1010

m3，降幅達(dá)24.4%，地下水資源量占全國(guó)的比例從6.27%下降到5.71%（見圖3）。

圖3華北地區(qū)地下水資源量變化以及占全國(guó)地下水資源占比的變化總體上，華北地區(qū)水資源量從1998年的1.212×1011

m3，下降到2015年的6.303×1010

m3，降幅達(dá)48.0%（見圖4）。以上結(jié)果表明，雖然近幾年華北地區(qū)降水形勢(shì)偏豐，但由于下墊面發(fā)生的巨大變化，降雨形成的水資源總量卻下降了將近一半。由此，農(nóng)業(yè)可以利用的水量受到了極大限制。

圖4華北地區(qū)水資源總量變化以及占全國(guó)水資源總量占比的變化（1998—2015年）同時(shí)，人口增長(zhǎng)也加劇了水資源的緊張。華北地區(qū)人均水資源量從1998年的450

m3/人，下降到2015年的207m3

/人，減幅達(dá)54.0%（見圖5），這種下降幅度是驚人的。

圖5華北地區(qū)人均水資源量變化形勢(shì)根據(jù)這些年來(lái)的水資源年型分類計(jì)算的人均水資源量分別為：豐水年（1998年、2003年）平均人均水資源量為478

m3/人；偏豐水年（2000年、2004年、2005年、2007年、2010年）平均人均水資源量為373

m3/人；平水年（2008年、2009年、2011年、2012年）平均人均水資源量為302

m3/人；偏枯水年（2001年、2006年、2013年、2014年、2015年）平均人均水資源量為214

m3/人；枯水年（1999年、2002年）平均人均水資源量為189

m3/人。雖然不同水文年型的人均水資源量差異較大，但總體上，華北地區(qū)人均水資源量占有很低，即便在豐水和偏豐水年也是如此。同時(shí)，耕地平均占有的水資源量，綜合不同水文年型的數(shù)據(jù)計(jì)算可知，豐水年平均為5585

m3/hm2；偏豐水年平均為4558

m3/hm2；平水年平均為3746

m3/hm2；偏枯水年平均為2771

m3/hm2；枯水年平均為2234

m3/hm2（見圖6）?？梢?，不同水文年型的耕地占有水資源量差距較大，豐水年是枯水年的2.5倍；偏豐水年是偏枯水年的1.6倍，因此，筆者認(rèn)為，平水年的3746

m3/hm2則更能代表該區(qū)的耕地平均占有水資源量狀況。

圖6華北地區(qū)單位耕地平均水資源量變化總體上，華北地區(qū)水資源形勢(shì)較為緊張，在降水量適度增加、水資源量大幅下降、經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、人口增長(zhǎng)等多重因素的綜合影響下，華北地區(qū)的農(nóng)業(yè)用水形勢(shì)和水土資源匹配形勢(shì)都更加嚴(yán)峻。（二）華北地區(qū)的廣義農(nóng)業(yè)可用水量為解決從純粹雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)到完全灌溉農(nóng)業(yè)之間的連續(xù)譜系中的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水問(wèn)題，在相關(guān)研究全球農(nóng)業(yè)用水范式變遷的核心概念的基礎(chǔ)上，建立了新的中國(guó)農(nóng)業(yè)用水分析綜合框架。該分析框架從藍(lán)水和綠水概念出發(fā)，提出并定義了“廣義農(nóng)業(yè)水資源”的概念。它由兩個(gè)分量組成，即耕地降水量和耕地灌溉量。耕地降水量是指天然降雨降落在耕地上的水量，即“綠水”分量；而耕地灌溉量則是耕地接受的灌溉水量，即“藍(lán)水”分量?！八{(lán)水”指的是天然降水降落到地球表面形成徑流，進(jìn)入河道、湖泊等天然地表水體以及補(bǔ)充到天然地下水體的水。由于這部分的水資源可以被人類肉眼可見，所以被稱之為“藍(lán)水”。天然降水中的另外一部分直接降落于各種地表植被覆蓋物上，其中一部分被植被冠層截留并以蒸發(fā)的方式返回大氣，另外部分直接降落于土壤表面。降落于土壤表面的部分其中一部分以土壤表面蒸發(fā)的方式返回大氣，而另外一部分則通過(guò)入滲進(jìn)入土壤，供給植物生長(zhǎng)發(fā)育的需要，最終以植物蒸騰的方式返回大氣。以土面蒸發(fā)和植物蒸騰方式返回大氣的部分總稱為植物的蒸散發(fā)。而土壤中儲(chǔ)存的有效水由于其主要功能是供給植物生長(zhǎng)發(fā)育的蒸散發(fā)需要，所以又被稱為“綠水”。由于土壤中的“綠水”是以有效水的形式儲(chǔ)存起來(lái)的，因此被稱之為“綠水庫(kù)”。而被植物蒸散發(fā)的部分就被稱之為“綠水流”。上述分析表明，“藍(lán)水”和“綠水”對(duì)包括農(nóng)作物在內(nèi)的綠色植物的生長(zhǎng)發(fā)育以及生物量和最終經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的形成都具有重要作用。因此，在評(píng)價(jià)農(nóng)作物可利用的水量時(shí)要將“綠水”考慮在內(nèi)。農(nóng)業(yè)水資源不僅包括耕地灌溉“藍(lán)水”，還應(yīng)包括耕地有效降水的“綠水”。廣義農(nóng)業(yè)可用水資源是指農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育可以潛在利用的耕地有效降水“綠水”資源和耕地灌溉“藍(lán)水”資源的總和。與“廣義農(nóng)業(yè)可用水資源”概念相對(duì)應(yīng)的還有一些主要概念：灌溉（“藍(lán)水”）消耗率（耗水率），是指流域或區(qū)域范圍內(nèi)，灌溉水被作物以蒸散發(fā)的形式消耗的水量與灌溉引水量之比。降水（“綠水”）消耗率（耗水率），是指在流域或區(qū)域范圍內(nèi)，降落到耕地上的天然降水被作物以蒸散發(fā)的形式消耗的水量與耕地降水量之比。灌溉（“藍(lán)水”）貢獻(xiàn)率，是指在流域或區(qū)域范圍內(nèi)，糧食生產(chǎn)中消耗的總蒸散量中來(lái)源于灌溉的部分與總蒸散量之比。降水（“綠水”）貢獻(xiàn)率，是指在流域或區(qū)域范圍內(nèi)，糧食生產(chǎn)消耗的總蒸散量中來(lái)源于降水的部分與總蒸散量之比。水分生產(chǎn)力，是指在流域或區(qū)域范圍內(nèi)，糧食產(chǎn)量與生產(chǎn)過(guò)程中消耗的蒸散量之比。根據(jù)上述概念模型建立的計(jì)算方法所計(jì)算結(jié)果可知：1998—2014年，華北廣義農(nóng)業(yè)水資源量的最大值為1.927×1011

m3，出現(xiàn)在2003年（豐水年）；最小值為1.041×1011

m3，出現(xiàn)在2002年（枯水年）。其中，耕地灌溉量最大值為5.27×1010

m3，出現(xiàn)在1999年（枯水年）；最小值為3.54×1010

m3，出現(xiàn)在2014年（偏枯水年）。耕地降水量最大值為1.523×1011

m3，出現(xiàn)在2003年（豐水年）；最小值為1.041×1011

m3，出現(xiàn)在2002年（枯水年）。廣義農(nóng)業(yè)水資源量在18年間平均值為1.647×1011

m3，其中耕地降水平均值為1.224×1011

m3，耕地灌溉平均值為4.23×1010

m3（見圖7）。按水文年型計(jì)算，豐水年平均為1.816×1011

m3，偏豐水年為1.699×1011

m3，平水年為1.657×1011

m3，偏枯水年為1.557×1011

m3，枯水年為1.555×1011

m3。

圖7華北地區(qū)廣義農(nóng)業(yè)水資源量及其分量變化趨勢(shì)在廣義農(nóng)業(yè)可用水資源量中，“綠水”和“藍(lán)水”的相對(duì)比例在20%~80%波動(dòng)，降水占比最大值為79.1%，出現(xiàn)在2003年（豐水年）；灌溉占比最大值為33.2%，出現(xiàn)在1999年（枯水年）；降水占比最小值為66.8%，出現(xiàn)在1999年（枯水年）；灌溉占比最小值為20.9%，出現(xiàn)在2003年（豐水年）（見圖8）。由上述結(jié)果可以明顯看出，隨著水文年型的不同，廣義農(nóng)業(yè)水資源中“藍(lán)”“綠”成分的相對(duì)比例是“此消彼漲”或“此漲彼消”的。

圖8華北地區(qū)耕地灌溉和降水相對(duì)比例的變化趨勢(shì)

（三）華北地區(qū)農(nóng)業(yè)用水歷史和現(xiàn)狀華北農(nóng)業(yè)用水總量從1998年的5.603×1010

m3下降到2015年的4.234×1010

m3，減幅為24.4%。而農(nóng)業(yè)用水量占該區(qū)總用水量的比例則從1998年的72.2%下降到2015年的61.7%。該區(qū)農(nóng)業(yè)用水量占全國(guó)農(nóng)業(yè)用水總量的比例從1998年的14.9%下降到2015年的11.0%。在農(nóng)業(yè)用水總量中，農(nóng)田灌溉所占比例最大，一直在90%~95%波動(dòng)，但是農(nóng)田灌溉占農(nóng)業(yè)總用水量中的比例一直處于下降趨勢(shì)。由于目前還沒有確切的有關(guān)農(nóng)田灌溉和農(nóng)業(yè)中其他部門用水量的數(shù)據(jù)，所以本文采用的是種植業(yè)中各種作物的灌溉面積來(lái)概括農(nóng)田灌溉的歷史和現(xiàn)狀。華北地區(qū)灌溉總面積從1998年的1.523×107

hm2增加到2015年的1.602×107

hm2，增幅達(dá)5.1%；占耕地總面積的比例從1998年的45.0%提高到了2015年的55.7%。華北地區(qū)農(nóng)田有效灌溉面積從1998年的1.436×107

hm2增加到了2015年的1.507×107

hm2；占耕地總面積的比例從1998年的61.1%提高到了2015年的65.8%。而農(nóng)田有效灌溉面積占總灌溉面積的比例則從1998年的94.2%下降到2015年的92.7%。從灌溉的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)看，耕地灌溉占比有所下降，林地灌溉比例增幅最大，其他灌溉基本維持原狀。在華北農(nóng)田有效灌溉面積占華北耕地面積比例適度提高、農(nóng)田灌溉面積不斷提高、農(nóng)田灌溉面積占總灌溉面積有小幅下降的情況下，華北農(nóng)田灌溉量卻在穩(wěn)步下降。從1998年的4.512×1010

m3下降到2015年的3.942×1010

m3。平均不同水文年型的農(nóng)田灌溉量，豐水年平均為4.39×1010

m3，偏豐水年為4.19×1010

m3，平水年為4.2×1010

m3，偏枯水年為4.67×1010

m3，枯水年為5.23×1010

m3。因此，華北地區(qū)農(nóng)田灌溉量的下降，一方面是由于自2003年以來(lái)，只有兩個(gè)偏枯年份，其余年份都是平水或偏豐年份；另外一方面是由于農(nóng)田節(jié)水灌溉技術(shù)的大面積推廣。（四）華北糧食生產(chǎn)中“綠水”和“藍(lán)水”貢獻(xiàn)率本文還計(jì)算了華北五?。ㄊ校┧拇蠹Z食作物（水稻、玉米、小麥、大豆）產(chǎn)量中“綠水”和“藍(lán)水”的貢獻(xiàn)率。結(jié)果顯示，在華北糧食生產(chǎn)中，綠水貢獻(xiàn)率在60.9%~69.3%，平均為65.5%；“藍(lán)水”貢獻(xiàn)率在30.7%~39.1%，平均為34.5%。即在主要糧食作物的生產(chǎn)中，“綠水”貢獻(xiàn)約六成半，“藍(lán)水”貢獻(xiàn)約三成半。從水文年型分析，在豐水年，灌溉平均貢獻(xiàn)率為34.0%，降水平均貢獻(xiàn)率為66.0%；在偏豐水年，灌溉平均貢獻(xiàn)率為33.0%，降水平均貢獻(xiàn)率為67.0%；在平水年，灌溉平均貢獻(xiàn)率為33.2%，降水平均貢獻(xiàn)率為66.8%；在偏枯水年，灌溉平均貢獻(xiàn)率為35.4%，降水平均貢獻(xiàn)率為64.6%；在枯水年，灌溉平均貢獻(xiàn)率為39.0%，降水平均貢獻(xiàn)率為61.0%。綜上，華北地區(qū)灌溉和降水對(duì)糧食生產(chǎn)耗水的相對(duì)貢獻(xiàn)率的變化與水文年型是基本吻合的。但豐水年和偏豐水年的灌溉貢獻(xiàn)率并未比平水年有很大程度的降低，這也許是多水年份用水緊張緩解后，反而會(huì)提高用水量，這與國(guó)內(nèi)外許多對(duì)節(jié)水灌溉的研究所得出的“越節(jié)水越用水”的結(jié)論有可類比之處。（五）全國(guó)及華北地區(qū)糧食生產(chǎn)耗水和水分生產(chǎn)力糧食生產(chǎn)耗水量是指在糧食作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量形成過(guò)程中消耗的實(shí)際蒸散量。水分生產(chǎn)力是指糧食作物單位耗水量所形成的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。本文計(jì)算的糧食作物水分生產(chǎn)力是水稻、小麥、玉米、大豆四大糧食作物的混合水分生產(chǎn)力，由于四大糧食作物在糧食生產(chǎn)中的占比一直穩(wěn)定在90%以上，因此，這四大糧食作物的水分生產(chǎn)力可以代表糧食生產(chǎn)的總體耗水和水分生產(chǎn)力情況。一般觀點(diǎn)認(rèn)為發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)會(huì)在保證糧食產(chǎn)量穩(wěn)定增長(zhǎng)滿足消費(fèi)需求的前提下減少農(nóng)業(yè)用水消耗，從而明顯節(jié)約農(nóng)業(yè)水資源。實(shí)際上，節(jié)水農(nóng)業(yè)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)遠(yuǎn)不能達(dá)到此效果，在糧食總產(chǎn)量基數(shù)已經(jīng)很大的情況下，大面積的糧食增產(chǎn)肯定會(huì)增加耗水量，用水量也會(huì)相應(yīng)增加。本研究的計(jì)算結(jié)果也印證了這一結(jié)論：2004—2015年，中國(guó)糧食生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)“十二連增”，其中四大糧食作物總產(chǎn)也連年增長(zhǎng)，而同期的四大糧食作物總耗水量也在同步增長(zhǎng)。但增長(zhǎng)幅度明顯放緩，說(shuō)明水分生產(chǎn)力的同步提高。因?yàn)閺?998年我國(guó)糧食生產(chǎn)達(dá)到歷史最高值后開始了連續(xù)幾年的下滑，一直到2003年，華北地區(qū)也不例外，也有類似的下滑趨勢(shì)。因此在分析計(jì)算水分生產(chǎn)力的時(shí)候，排除1998—2003年的數(shù)據(jù)，而僅計(jì)算糧食生產(chǎn)恢復(fù)增長(zhǎng)后的情況。2004—2015年，華北地區(qū)四大糧食作物總的水分生產(chǎn)力從1.275kg/m3提高到1.801kg/m3，提高幅度達(dá)41.3%。水分生產(chǎn)力的提高與多種因素相關(guān)，其中最重要的因素就是糧食作物單產(chǎn)水平的提高。華北地區(qū)四大糧食作物總的單產(chǎn)水平已經(jīng)從2004年的4.95t/hm2提高到了2015年的5.98t/hm2，增幅達(dá)20.7%。作物單產(chǎn)和水分生產(chǎn)力之間具有明顯的相關(guān)關(guān)系（見圖9）。

圖9華北地區(qū)四大糧食作物單產(chǎn)和水分生產(chǎn)力之間關(guān)系2015年，全區(qū)的水土資源高度不匹配。華北耕地?cái)?shù)量占全國(guó)的比例為16.96%，但是，該區(qū)的水資源卻只占全國(guó)的2.25%，灌溉用水量占全國(guó)的10.74%。其中情況最嚴(yán)重的是河北、河南、山東三省，河北省用僅占全國(guó)0.485%的水資源耕種了全國(guó)4.83%的耕地，而河南用僅占全國(guó)1.03%的水資源耕種了全國(guó)6.00%的耕地，山東則用僅占全國(guó)0.60%的水資源耕種了全國(guó)5.64%的耕地。1998—2015年，該區(qū)域一直維持這種水土資源格局。這種水土資源的高度不匹配在目前高速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)社會(huì)背景下，很難在短期內(nèi)得以扭轉(zhuǎn)，也是華北地區(qū)食物安全必須面對(duì)的重大挑戰(zhàn)。

三、戰(zhàn)略對(duì)策建議根據(jù)以上結(jié)果，綜合本課題其他研究成果，本文提出以下相關(guān)戰(zhàn)略對(duì)策建議。第一，結(jié)合當(dāng)前深化農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革要求，對(duì)華北地下水嚴(yán)重超采區(qū)尤其是河北黑龍港地區(qū)的糧食和蔬菜生產(chǎn)基地進(jìn)行重新定位，同時(shí)應(yīng)充分認(rèn)識(shí)冬小麥的生態(tài)功能，短期不宜大規(guī)模壓縮小麥種植面積，而應(yīng)以水限產(chǎn)，發(fā)展半旱地農(nóng)業(yè)，通過(guò)提高小麥品質(zhì)保障農(nóng)民收入；適當(dāng)壓縮高耗水蔬菜產(chǎn)能，建立適水農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)。第二，要在嚴(yán)重缺水區(qū)降低熟制或發(fā)展半旱地農(nóng)業(yè)。針對(duì)深層地下水嚴(yán)重超采的河北省51個(gè)縣、天津4個(gè)區(qū)（縣）；山東12個(gè)縣和河南的6個(gè)縣，共73個(gè)縣（區(qū)），涉及耕地面積4.88×104

km2，改變當(dāng)前的“冬小麥–夏玉米”一年兩熟制為一年一熟制?？紤]到華北地區(qū)在我國(guó)小麥供應(yīng)方面的重要性以及冬小麥秋播后可形成有效的地表覆蓋層，對(duì)減少冬春沙塵風(fēng)險(xiǎn)有重要作用，可實(shí)施冬小麥一年一熟種植，或者實(shí)施足墑播種條件下其他生育期不灌溉的小麥–玉米半旱地農(nóng)業(yè)種植，維持小麥–玉米農(nóng)田年耗水量在550~600mm，可實(shí)現(xiàn)這些區(qū)域深層地下水位不再下降。在此背景下，該地區(qū)糧食產(chǎn)量會(huì)降低2.2×1010

kg，意味著華北糧食產(chǎn)量將減產(chǎn)15.7%，相當(dāng)于全國(guó)糧食總產(chǎn)量減產(chǎn)3.6%。第三，要在缺水區(qū)降低灌溉用水強(qiáng)度。研究表明，減少種植面積和熟制，將增加土壤無(wú)效蒸發(fā)損